新型組合式可轉角爬壁機器人

龔雷鋒++趙一亭++劉動++盛露晨

摘 要：鑒于人工爬壁進行高空作業的危險性過高等問題，設計了一款新型組合式可轉角爬壁機器人。該機器人具有結構靈活、運動速度快、體積小巧，能夠在較大曲面上工作等特點，可大大減少因爬壁工作造成人身安全事故發生，具有廣闊的市場前景。

關鍵詞：組合式可轉角爬壁比機器人；結構靈活；體積小巧

1 作品研制背景

爬壁機器人是能夠在垂直陡壁上進行作業的機器人，它作為高空極限作業的一種自動機械裝置，越來越受到人們的重視。

但現有的爬壁機器人只能在一個單獨的平整墻面上運動，不能轉角，更不能吸附在曲面上，導致爬壁機器人的工作空間受到很大限制。

2 作品實現功能

該作品可實現如下功能：

（1）組合式結構設計可使機器人從一個墻面轉過任何角度到達另一個墻面。

（2）爬壁機器人結構靈活、運動速度快、體積小巧，能夠在較大曲面上工作。

（3）集成度高，設計新穎，可應用于眾多領域，方便實現產品化，其易于推廣。

（4）實現近距離穩定的視覺偵查與檢測。

3 作品研制意義

該新型組合式可轉角爬壁機器人打破了傳統爬壁機器人工作空間的局限性，擴大了爬壁機器人的活動范圍。通過新穎巧妙的結構設計，使爬壁機器人運動更靈活，增強了其實用性。同時，集成設計使爬壁機器人更具產品化，增添了其推廣的可行性。爬壁機器人實物圖如圖1所示。

圖1 新型組合式可轉角爬壁機器人實物圖

4 整體方案

組合式可轉角爬壁機器人主要是由兩個經過結構優化的爬壁機器人通過在兩個爬壁機器人連接處增加一個自由度并具有主動轉角能力的構件來實現轉角功能。

當組合式可轉角爬壁機器人運動到外墻90度直角時，一個爬壁機器人運動到墻壁外緣直到懸空，接下來通過轉角機構作用使一個機器人吸附在另一面墻上，緊接著停留在原來墻面上的機器人停止工作，轉角機構再次作用使停留在原來墻面的機器人懸空，停留在另一面墻壁的機器人開始運動，隨后兩個爬壁機器人都移動到另一面墻壁。

5 細節方案

機器人通過裝配體圖中的機械機構實現轉過直角的方案，并通過采用“徑流式負壓機”結構實現在墻壁上貼附。此結構具有低噪聲的優點，選用此結構可為爬壁機器人的進一步應用提供基礎，如警事偵查，要求低噪聲等。通過裝在爬壁機器人上的四個伺服減速電機的單獨運動或組合聯動來實現爬壁機器人的整體運動。爬壁機器人裝配體圖如圖2所示。

6 創新性

在機器人的每個模塊上加裝4個壓力傳感器組，以使負壓機能夠智能調節產生的壓力。這樣不僅可以保證機器人安全工作，還可以使機器人在保證安全工作的前提下，使耗能達到最低。為擴大機器人的實際應用范圍，在機器人上加裝了攝像頭和夜間照明燈。通過獨特、簡潔的轉角機構，使得機器人的兩個模塊可以折疊在一起，大大提高了機器人的便攜性。通過組合式的結構設計使機器人能從一個墻面轉過90度墻角到達另一個墻面，擴大了爬壁機器人的工作范圍。由于機器人具有集成度高、體積小等特點，以此可以在大橋橋柱這樣較大的曲面上工作。此外，該款機器人還具有運動快速平穩、噪聲低、隱蔽性強、更靠近檢測對象等特點，具有較高的工作精準度。

7 市場前景

由于可轉角爬壁機器人具有設計巧妙新穎以及運動靈活、體積小巧等特點，極具趣味性，可應用于益智娛樂玩具模型領域。該機器人具有低噪聲低的特點，隱蔽性強，在機器人上加裝攝像頭等傳感裝置后可來進行警事偵查，對于維護社會安全具有重要意義。且該機器人的吸附力度可根據不同場合，配合相應專業傳感器應用于以下幾個方面：

（1）核工業：對核廢液儲罐進行視覺檢查、測厚、探傷等；

（2）石化企業：對儲罐的內表面進行檢查、除銹等處理；

（3）電力行業：電站鍋爐水冷管壁厚的檢測等。

（4）建筑行業：多種橋梁等建筑的檢測。

此外，近年來化工廠及建筑工地的安全事故使我們損失慘重，對這些場所的安全監測必不可少，可轉角爬壁機器人具有智能化、檢測穩定、精準度高、工作安全可靠等特點，市場前景廣闊。